Escalamiento De Reactores

Filosofía en escalamiento de Reactores
Un problema clave en el desarrollo de un nuevo proceso es el escalamiento. El objetivo de este artículo es demostrar cómo manejar problemas de escalamiento en el diseño de procesos industriales para el refinado del petróleo y la manufactura de petroquímicos. Los métodos discutidos son aplicables para cualquier proceso de separación o transformación en laindustria química (CPI).
Las características más importantes de los procesos del petróleo serán identificadas (y ejemplos involucrando reacciones homogéneas, de dos fases y reactores catalíticos serán demostrados) para cubrir el rango de dificultades encontradas.
Los principales métodos de escalamiento son: el principio de similaridad; modelos y maquetas; modelado matemático. La tabla I lista losejemplos a discutir, mostrando las características principales de sistemas de reacción y la relativa importancia de varios métodos usados en el escalamiento. Esta información está basada en el trabajo hecho en los últimos 10 años.
Antes comparar procedimientos de escalamiento y de indicar las limitaciones, notaremos algunos factores que afectan el escalamiento en la industria petrolera.
Unarefinería debe de tener la flexibilidad de producir gasolina, aceite combustible y aceite de calefacción, y ser capaz de variar las especificaciones del producto acorde a la época del año. También, debe de ser capaz de ajustar repentinamente y profundamente cambios en la calidad del crudo.
Una sola unidad de refinería tiene un rendimiento de aproximadamente 1 millon de ton/año, y para una unidad depetroquímicos el rendimiento puede ser de 50,000 a 80,000 ton/año. Así, cualquier proceso nuevo capaz de alcanzar una mejora económica sobre otros métodos puede ser justificado y adoptado.
En respuesta a tal incentivo, la industria ha desarrollado mas de 100 procesos aplicables (2), y al hacer eso ha expandido métodos para acelerar la transición de laboratorio a procesos industriales a granescala.
PROCEDIMIENTOS DE ESCALAMIENTO
Un escalamiento exitoso de un proceso químico es un procedimiento multidisciplinario que requiere toda la investigación ingenieril y de las ciencias relacionadas. El escalamiento hace uso del laboratorio y/o de información de planta piloto por modelado matemático, para determinar las dimensiones y el tamaño de una unidad industrial.
Los medios experimentalesdisponibles y los métodos de implementación de datos para diseñar la unidad industrial están en el diagrama de la siguiente página. La asociación de medios y métodos es vital.
Los procedimientos de escalamiento son a menudo son solo compromisos técnicos. Dichos compromisos tienen un aspecto económico, porque en el desarrollo es imposible determinar exactamente cual proceso industrial deberá ser.En vista de las restricciones de tiempo y dinero, se deberán tomar algunos riesgos en la construcción inicial de la unidad industrial.
PRINCIPIO DE SIMILARIDAD
El principio de similaridad involucra la relación entre sistemas de diferentes tamaños. Para el escalamiento de un reactor químico, la similaridad es representada por grupos adimensionales que caracterizan el proceso y las constantesrestantes durante el escalamiento.
Sin embargo, si todo el proceso es complejo es imposible mantener los valores numéricos de todas las constantes de los grupos adimensionales. Por lo tanto, el mejor compromiso se deberá adoptar ponderando el efecto particular de cada grupo y llevando a cabo experimentos adicionales en maquetas o unidades intermedias de escalamiento.
Es aquí donde todos los riesgosde errores serios en el método serán encontrados. Agrupando varias variables en forma de grupos adimensionales puede opacar el efecto de una de las variables, lo cual nos llevaría a una falsa interpretación del experimento. Mientras más variado sea el fenómeno, más difícil será el compromiso. Claramente, es más simple el escalamiento de un intercambiador que el de un reactor químico en el cual...